BIO-INGÉNIERIE

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Créer des organes en laboratoire... Depuis quelques années, ce scénario digne d'Aldous Huxley n'est plus une utopie : plusieurs personnes dans le monde vivent avec une trachée, une vessie ou un urètre bioartificiels. Mais façonner un organe plein vascularisé, comme le foie, se révèle beaucoup plus compliqué. Des chercheurs japonais viennent cependant de franchir un pas important en parvenant à construire une ébauche de foie fonctionnel à partir de cellules souches humaines. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Nature, en juillet 2013.

L'équipe de Takanori Takabe a cherché à obtenir, non pas un foie humain complet, mais un foie au tout premier stade de son développement, lorsque les cellules forment un bourgeon, première ébauche du futur organe. Pour cela, ils se sont servis de cellules souches pluripotentes induites, ou cellules iPS (induced pluripotent stem cells). Il s'agit de cellules adultes (dans le cas de ce travail, de cellules de la peau), qui ont été reprogrammées par l'administration d'un cocktail de gènes pour qu'elles retrouvent les propriétés des cellules souches embryonnaires. Leur pluripotence signifie qu'elles peuvent donner naissance à tous les types de cellules de l'organisme. Les chercheurs ont poussé d'abord ces cellules à se transformer en cellules hépatiques, puis ils les ont cultivé avec d'autres types de cellules souches : des cellules de cordon ombilical, capables de donner naissance aux vaisseaux, et des cellules souches adultes (mésenchymateuses), capables de se différencier en cellules d'os, de cartilage et de graisse.

En cultivant ces cellules ensemble, les chercheurs ont constaté qu'elles s'organisaient spontanément en une structure tridimensionnelle. Après de nombreuses tentatives, ils sont parvenus à obtenir des bourgeons hépatiques de quelques millimètres, contenant des vaisseaux. Greffés dans le crâne de souris, ces bourgeons se sont développés et se sont révélés capables de remplir certaines fonctions, notamment d'épuration du foie. En deux jours, les vaisseaux ont établi des anastomoses avec les vaisseaux de la souris, puis les cellules hépatiques ont proliféré, formant un tissu ressemblant à un foie humain. La greffe des bourgeons dans l'abdomen de souris qui avaient un foie défaillant leur a permis de survivre. Selon Takanori Takabe, c'est la première fois qu'un organe plein est construit à partir de cellules iPS.

Des chercheurs avaient déjà réussi à reconstituer des foies entiers chez l'animal, en débarrassant un foie de ses cellules pour ne garder que son « squelette » vasculaire et biliaire, et sa matrice acellulaire, puis en y ensemençant des cellules humaines. Cependant, la survie des animaux n'avait pas dépassé quelques jours. La technique rappelle celle utilisée pour les organes creux, comme la trachée, où les cellules souches d'un patient sont ensemencées sur un moule synthétique pour reconstituer en laboratoire une trachée bio-artificielle, qui est ensuite greffée. Les bronches semblent pouvoir également être réparées par ce type de méthode. Une équipe française a même montré, chez l'animal, qu'il est possible de remplacer un segment de bronche en greffant directement un fragment d'aorte. Des cellules bronchiques recouvrent rapidement la paroi du greffon artériel et le cartilage se régénère spontanément, probablement à partir des cellules souches de l'animal. Un malade atteint de cancer a pu bénéficier de cette méthode.

Les signaux qu'échangent les cellules paraissent ainsi essentiels pour le développement d'un organe. Plutôt que d'essayer de concevoir un foie entier, les chercheurs japonais ont donc laissé les cellules dialoguer entre elles, pour qu'elles s'organisent comme elles le feraient dans leur environnement habituel. Une fois greffés, les bourgeons hépatiques ont pu se développer ensuite chez l'animal. Il est encore trop tôt pour savoir si cette méthode pourra être appliquée un jour à l'homme. L'un des défauts majeurs de ces foies miniatures est qu'ils sont dépourvus de canaux biliaires, indispensables pour la digestion. Mais les chercheurs espèrent que des canaux se formeront si les bourgeons sont transplantés dans le foie. Un autre défi est d'obtenir des bourgeons en nombre suffisant pour pouvoir remplir les fonctions d'un foie humain. Enfin l'utilisation de cellules souches fait toujours craindre une prolifération incontrôlée. Dans l'étude japonaise, les souris ont été surveillé [...]

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Pour citer l’article

Chantal GUÉNIOT, « BIO-INGÉNIERIE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 24 septembre 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/bio-ingenierie/